РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК СКОРОПОДЪЕМНОСТИ САМОЛЕТА

КАФЕДРА ДИНАМИКИ И УПРАВЛЕНИЯ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

УТВЕРЖДАЮ

Заведующий кафедрой

 

___________А.В. Ефремов

 

 

Методическое пособие по выполнению лабораторной работы по курсу "Динамика полета" часть I

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

 

РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК СКОРОПОДЪЕМНОСТИ САМОЛЕТА

 

Автор: В.Н. Овчаренко

 

 

Москва, 2002

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

Цель работы. Лабораторная работа направлена на приобретение и овладение практическими навыками расчета характеристик скороподъемности самолета.

Теоретический минимум. Рассматривается установившийся набор высоты по прямолинейным траекториям. Скорость полета в процессе набора высоты предполагается постоянной. Установившийся угол наклона траектории в этом случае определяется по формуле

, (1)

где принятые обозначения см. в лаб. работе № 1.

Следовательно, установившийся угол наклона траектории зависит от избытка тяги. Установившийся набор высоты по наиболее крутой траектории (угол максимальный) возможен на скорости полета, соответствующей максимальному избытку тяги. На рис.1 и рис.2 показаны возможные диаграммы тяг для дозвукового и сверхзвукового самолетов.

Рис. 1. Рис. 2

Из этих рисунков видно, что в т. 1, 2 и т. 3, 4 (рис. 2) избыточная тяга равна нулю. Поэтому на скоростях полета, соответствующих этим точкам, возможен только горизонтальный полет. На скоростях полета, лежащих между т. 1, 2 и т. 3, 4 (рис. 2) избыточная тяга и возможен установившийся набор высоты.

Вертикальная скорость установившегося набора высоты определяется кинематическим уравнением

(2)

или по формуле

,

т.е. установившаяся вертикальная скорость набора высоты определяется избыточной мощностью .

В т 1, 2 и т. 3, 4 (рис.1 и рис.2) избыточная мощность равна нулю и, следовательно, на скоростях полета, соответствующих этим точкам, . На скоростях полета, лежащих между т. 1, 2 и т. 3, 4 установившаяся вертикальная скорость набора высоты .

На рис. 3 и рис.4 показаны графики для дозвукового и сверхзвукового самолетов.

Рис. 3 Рис. 4

На рис. 3 и рис.4 показаны качественные кривые . В действительности максимальные значения на рис.4 могут принимать различное относительное положение.

На графике (рис.3) можно выделить следующие характерные точки:

· точка 1 соответствует наиболее крутому набору высоты, с максимальным углом наклона траектории . Набор высоты выполняется на скорости полета , близкой к наивыгоднейшей скорости полета , на которой обычно избыток тяги наибольший;

· точка 2 соответствует набору высоты с наибольшей установившейся вертикальной скоростью набора высоты . Этот набор высоты выполняется на скорости полета , которая больше скорости , и соответствует максимальной избыточной мощности , но на меньшем установившемся угле наклона траектории. Скорость называется наивыгоднейшей скоростью набора высоты.

Как видно из рис. 4 для сверхзвукового самолета могут существовать два режима установившегося набора высоты: на дозвуковой и сверхзвуковой скорости полета. Соотношения между скоростями и сохраняются и в этом случае (отдельно для дозвуковых и сверхзвуковых режимов полета).

С увеличением высоты полета вертикальные скорости установившегося набора высоты снижаются, как показано на рис.5 и рис.6.

 

Рис.5 Рис. 6

Отмечая для каждой высоты , на плоскости (, Н) строят график , который служит для оценки статического и практического потолков самолета.

Статический потолок самолета определяется как высота полета, на которой выполняется условие .

Практический потолок самолета определяется как высота полета, на которой выполняются условия

(3)

На рис. 7 показан график для дозвуковых самолетов, а на рис. 8 – аналогичный график для сверхзвукового самолета.

Рис. 7 Рис.8

График на рис. 8 показывает, что сверхзвуковой самолет может иметь два статических потолка: один на дозвуковой скорости полета М < 1, другой на сверхзвуковой скорости полета М > 1.

Порядок выполнения лабораторной работы. Все студенты выполняют расчетную работу для варианта, полученного при выполнении лабораторной работы № 1.

Исходные данные, необходимые для выполнения расчетной работы, берутся из Приложений для указанного типа самолета.

Расчет характеристик скороподъемности выполняется в следующей последовательности.

1. По результатам лабораторной работы № 1 определяется диапазон скоростей установившегося горизонтального полета [ ].

2. Этот диапазон скоростей разбивается точками , включая и крайние точки , , на 5 – 6 подынтервалов.

3. Для каждой из скоростей V_i по диаграммам потребных и располагаемых тяг находят .

4. По формулам (1) и (2) для каждой скорости V_i вычисляют угол наклона траектории и вертикальную скорость установившегося набора высоты .

5. На плоскости (V, ) строят график .

6. По графику , так как это показано на рис. 3 определяют максимальный угол наклона траектории и соответствующую ему скорость полета .

7. По графику , так как это показано на рис. 3, определяют максимальную установившуюся вертикальную скорость набора высоты и соответствующую ей наивыгоднейшую скорость набора высоты .

Все результаты сводятся в таблицу 1.

Таблица 1.

V		V1	V2	·	·	·	·	Vi

 

На заключительном этапе лабораторной работы № 2 характеристики скороподъемности по каждому самолету для различных высот полета объединяются преподавателем в итоговую таблицу 2.

 

Таблица 2

Самолет _________
Н
·	·
·	·
·	·
·	·
·	·
·	·

 

По данным таблицы 2 строится график на плоскости (, Н). По этому графику и условию (3) определяют статический и практический потолки самолета.

 

Отчет по лабораторной работе № 2 должен содержать:

· исходные данные;

· таблицы 1 и 2;

· графики и ;

· выводы.

Пример исходных данных.

Самолет: Ту–154М (марку самолета заменить на свою);

Площадь крыла S =; Масса пустого самолета;

Масса топлива; Взлетная масса до;

Число двигателей; Заданная масса самолета m =;

Заданная высота полета Н =;

Характеристики атмосферы на высоте полета:

Давление атмосферы р _н =; Скорость звука а _н =;

Плотность атмосферы =.

Выводы должны содержать ответы на следующие вопросы:

· какая из скоростей полета или наибольшая;

· насколько угол наклона наиболее крутой траектории отличается от угла наклона траектории наибольшей скороподъемности.

Контрольные вопросы к лабораторной работе №2

1. Что называется установившимся набором высоты.

2.Какая из характеристик скороподъемности или определяется избытком тяги двигателей.

3. Какая из характеристик скороподъемности или определяется избытком мощности двигателей.

4. Как меняется максимальная вертикальная скорость установившегося набора высоты с увеличением высоты полета.

5. Какая высота полета самолета называется статическим потолком.

6. Какая высота полета самолета называется практическим потолком.

7. Сколько потолков имеет дозвуковой самолет.

8. Сколько потолков может иметь сверхзвуковой самолет.

9. Какой из потолков (статический или практический) наибольший.

10. Для сверхзвукового самолета какой из потолков (на дозвуковой скорости или сверхзвуковой скорости полета) наибольший.

Литература

1. Аэромеханика самолета. Под ред. А.Ф.Бочкарева. М:, Машиностроение, 1985.

2. Л.Ф. Николаев Аэродинамика и динамика полета транспортных самолетов. М:, Транспорт, 1990.

3. Конспект лекций.